摘  要：隨著江湖源水水體環境的變化，制水水質波動較大，偶而出現金屬轉子流量計出水水質濁度大，不能達到 3 NTU 指標要求。從江湖源水水體、制水工藝及制水設備等方面分析了制水水質、藥劑處理效果的影響因素。結果表明：江湖源水溫度、pH 值等因素對制水藥劑明礬與水體中物質反應生成膠狀的氫氧化鋁 [Al（OH）3] 有一定的影響，對出水水質有較大影響。制水過程中選用低壓變頻調速以及從配水井投加制水藥劑改為泵前投加。改造后，生產用水出水水質穩定性提高，金屬轉子流量計出水濁度穩定在 3 NTU 左右，5 NTU 合格率達到 100%；制水藥劑單耗由 45.00 g/t 下降到 37.27 g/t，年節約制水藥劑成本 13.5 萬元。金屬轉子流量計進行工藝優化及設備改進后，制水負荷增加，水質質量達標，確保了化工裝置的正常運行以及輸送水管網的安全運行。

 

    企業生產用水是指通過深井取江湖源水，經過凈化絮凝、沉淀、澄清處理后，去除了懸浮雜質（含膠體物質），用于生產裝置的工藝用水、冷卻用水和消防用水等。中國石化巴陵分公司（簡稱公司）生產用水金屬轉子流量計有 2 套，云溪片區生產用水金屬轉子流量計設計能力4 200萬t/a，城區生產用水金屬轉子流量計設計能力 3 000 萬 t/a。金屬轉子流量計均以明礬為藥劑，采用混凝沉淀工藝對江湖源水進行澄清凈化。明礬是含有結晶水的硫酸鉀和硫酸鋁的復鹽，無色晶體，Al3+很容易水解生成膠狀的 Al（OH）3，其吸附能力很強，可以吸附水里的懸浮雜質，并形成沉淀。近年來，隨著江湖源水水體環境的變化，制水水質波動較大。金屬轉子流量計的制水水質除受水體條件及設備條件的影響外，還取決于藥劑的處理效果。原有制水工藝利用半自動加藥機，攪伴機設備陳舊，功能單一，對藥劑效果有一定的影響，導致金屬轉子流量計出水水質濁度偶而大，不能達到 3 NTU 指標要求。因此，對原金屬轉子流量計進行工藝優化及設備改造勢在必行。

 

    1   金屬轉子流量計工藝流程

    金屬轉子流量計工藝流程見圖 1。來自于長江、洞庭湖底部的江湖源水進入水箱，經虹吸自流管流入吸

 

 

    水井（當江水水位低于虹吸管頂部時靠真空虹吸進吸水井），由泵提升到配水井，投加制水藥劑明礬后，流入澄清池，進行澄清，泥渣排入長江，上層清液匯集至清水池，由泵加壓送平流沉淀池沉淀后轉送各生產裝置使用。

 

    2   制水水質的影響因素

    金屬轉子流量計出水水質的影響因素較多，有江湖源水水體條件，如溫度、水體 pH 值、泥沙含量；藥劑質量及用量；處理設備條件等因素。選定處理藥劑明礬后，實際水處理過程中其他因素對制水質量的影響分析如下。

 

    2.1   江湖源水水體條件

    江湖源水溫度、水體 pH 值、泥沙含量都會影響制水藥劑明礬與水中堿性物質反應的速度，以及制水藥劑水解形成絮體（礬花）的質量。明礬凈水原理：明礬在水中電離出 K+，Al3+兩種金屬離子，而 Al3+很容易水解，生成膠狀的氫氧化鋁 Al（OH）3，Al（OH）3是白色難溶于水的膠狀沉淀、兩性氫氧化物，遇熱易分解，在水中形成架橋絮體（礬花），吸附水中膠體及污泥，下沉，凈化水質。其反應方程式如下：

 

 

    2.1.1   源水溫度

    水溫高，反應生成的 Al（OH）3多，絮體（礬花）多，混凝效果好；水溫低，混凝效果差。

 

    2.1.2   源水 pH 值

    江湖源水酸堿度對藥劑處理效果的影響也較大。當水的 pH 值低于 5.5 時，Al（OH）3被溶解，發生式（3）反應，使水中殘留鋁含量增加。

 

 

    當水的pH值高于7.5時，發生式（4）反應，同樣使水中殘留鋁含量也增加，起不到產生 Al（OH）3絮團的作用。

 

 

    綜上，當水的 pH 值高于 7.5 或低于 5.5 時，會影響 Al（OH）3膠體的生成，所以，用鋁鹽作混凝劑時，水的pH值應為6.5 ~ 7.5，此時生成的Al（OH）3，溶解度非常小，可形成絮狀物架橋，能吸附水中膠體及污泥，混凝效果好，可凈化水質。

 

    2.1.3   源水泥沙含量

    當江湖源水水中泥沙含量較高時，在沉降過程中就會相互干擾，因為泥沙顆粒在沉降時，必然要排擠出同樣體積的水，這部分水被迫上升影響泥沙顆粒沉降速度，顆粒的沉降速度隨著水中泥沙顆粒密度的增大而降低[1]，當水中泥沙顆粒密度很大時，沉降就會受阻。江湖源水泥沙含量通常以濁度表示，當源水濁度變化不大時，操作比較容易，根據源水濁度調整加藥量、產水量、排泥量即可。如源水濁度太高或上升幅度大時，操作就有困難。盡管加藥量增加了數倍或更多，但由于分離區的懸浮泥渣層偏高，使泥沙顆粒沉降速度受到影響，為降低泥沙顆粒密度，需加大排泥量（一般采取連續排泥），使產水量相應減少。因此金屬轉子流量計的運行控制應保持加藥量、排泥量和產水量的動態平衡，一旦上述因素發生變化，即可造成翻池，影響出水水質。同時由于池底堆積泥沙過多，加重刮泥設備負荷，易發生故障，金屬轉子流量計被迫停運檢修。

    源水濁度高時，常采用稀釋法把源水的濁度降低到一定程度，減少泥沙顆粒在沉降過程中的阻力，同時可提高金屬轉子流量計的產水效率。

 

    2.2   混凝水力條件

    制水初期混合階段要求源水與制水藥劑盡量快速均勻混合，時間在10 ~ 30 min，一般不超過2 min。反應階段要求水流有一定程度的紊動（即攪拌強度），紊動程度由大到小，同時要求有一定的反應時間（即攪拌時間），一般 15 ~ 30 min。保持制水藥劑加藥量、排泥量和產水量在不同工藝條件下的動態平衡，調整機械攪拌提升機轉數，獲取泥沙顆粒和絮體理想沉降速度，提高混凝效果。

 

    3   制水過程存在的問題

    3.1   設備方面

    冬季，江湖源水溫度低、濁度低、耗氧量低，水的黏度大，絮凝劑水解緩慢，形成的絮體松散，不易下沉，混凝效果差；夏季，江湖源水溫度高、濁度大、泥沙含量大，絮凝劑粘附泥沙后快速下沉，造成絮體密度不足，影響出水水質。根據這些工藝條件的變化，需要采取增大澄清池底層泥水回流，提高澄清池混凝反應區進水濁度，增加顆粒碰撞機會，減少產水量，加大停留時間的措施來確保出水水質。合適的機械攪拌既能防止泥渣在反應室中的沉積，又能促生理想的絮體，形成較好的混凝效果。江湖源水濁度在 80 ~ 1 000 NTU，為了保證江湖源水濁度差異或冬夏季節溫度變化時，出水水質穩定優質，降低明礬消耗，需要提高機械攪拌提升機的轉速。但金屬轉子流量計機械攪拌提升機設備陳舊，轉速恒定為 2.5 r/min，不可調節，影響制水質量。 

 

    3.2   工藝方面

    原制水藥劑是利用半自動加藥機，通過脈沖式水射泵將制水藥劑加水稀釋后，投送到配水井，從配水井投加到金屬轉子流量計的工藝流程短，制水藥劑與江湖源水混凝反應時間較短，生成的 Al（OH）3量少或沒有形成穩定絮狀物，絮凝效果不理想，造成金屬轉子流量計出水水質不好，濁度大，達 10 NTU，不能滿足 3 NTU 指標要求。因此，對金屬轉子流量計進行工藝優化調整勢在必行。

 

    4   改進措施

    4.1   選用低壓變頻調速器

    4.1.1   變頻調速器選擇

    澄清池機械攪拌提升機的額定功率為11 kW，額定電流為 25.3 A，額定電壓 380 V。因考慮到機械攪拌提升機負荷較小，工藝過程對設備線速度同步要求不高及價格因素，選擇 11 kW 艾默生低壓變頻裝置即可滿足要求。

 

    4.1.2   變頻調速器安裝

    在澄清池機械攪拌提升機電機進線端安裝一組低壓變頻調速裝置。安裝后，根據生產的實際情況，即產水量大小、江湖源水濁度、出水質量、溫度等及時對攪拌機的轉速進行調節，并對操作人員進行技術培訓，使其能夠根據水質情況合理調節攪拌機轉速，即降低制水藥劑的消耗，又提高出水水質。變頻前攪拌機轉速約為2.5 r/min，出水濁度為8 NTU，澄清池容易翻泥；變頻后，攪拌機轉速在1.5 ~ 2.0 r/min調節，出水濁度穩定在3 NTU，出水質量穩定。

 

    4.2   優化工藝

    原投加制水藥劑點在配水井處，利用半自動加藥機通過脈沖式水射泵將制水藥劑加水稀釋后投加，見圖 2 虛線。改造后從深井泵房機泵的吸入口處投加制水藥劑，見圖 2 粗線。 

    從原制水藥劑存放池安裝一條 DN20 的 PVC 管至深井泵房的吸水井，全長約 150 m，為防止制水藥劑的絮凝效果引起吸水井積泥，將加藥管直接插入機泵的進水管內 1 m，從而將制水藥劑全部由泵吸入而沒有只停留在吸水井內。制水藥劑通過調節閥來控制流量，用玻璃轉子流量計觀察制水藥劑的流量。制水藥劑的流量控制在 50 kg/h，為避免泥渣堵塞調節閥，要求操作人員加強巡檢。制水藥劑的

 

 

用量根據原制水藥劑存放池的液位差來計算，加強對液位的監控，并制作安裝簡便的液位計，便于讀數和計量。

 

    4.3   其他條件的改進

    為提高混凝效果，冬季江湖源水水溫低時可采取：①增加混凝劑的投加量；②投加黏土以增加礬花重量，同時投加助凝劑如活化硅酸和高分子混凝劑以增加礬花強度。

    當采用鐵鹽為制水混凝劑時，源水的 pH 值應控制在 6.0 ~ 8.4。源水 pH 值偏低時可用投加生石灰的方法調節。

    當江湖源水中泥沙含量較高時，為保證水處理效果，需采取：①利用金屬轉子流量計出水回流降低源水濁度；②采取連續排泥，加大澄清池排泥量；③從澄清池中心筒處加入回用水或生產用水。

 

    5   改進效果

    5.1   出水水質提高

    在泵前投加制水藥劑，澄清池機械攪拌提升機采用變頻調速技術后，金屬轉子流量計出水濁度長期穩定在 3 NTU 左右。按照出水水質 3 NTU 為合格進行統計，出水水質合格率為 97.3%，出水水質 5 NTU 的合格率達到 100%，出水水質大幅度提高，與改造前一年同期相比生產用水出水水質合格率提高了20.7%。改造前后裝置出水水質濁度、合格率對比分別見圖 3、4。

 

    5.2   藥劑消耗降低

    改造后3—9月金屬轉子流量計處理水量13 459 670 t，耗制水藥劑501.6 t，單耗為37.27 g/t，比改造前礬單耗

 

 

    下降7.73 g/t，下降了17.2%，見圖5。按年生產用水總水量2 374.5萬t計算，全年可節礬制水藥劑183 t，節約制水生產成本13.5萬元，制水藥劑消耗下降顯著。

 

 

 

    6   結論

    金屬轉子流量計制水水質的影響因素包括制水藥劑、江湖源水水體條件，如溫度、pH 值、泥沙含量、機械攪拌提升機轉速等。在泵前投加制水藥劑，澄清池機械攪拌提升機采用變頻調速技術后，金屬轉子流量計出水濁度穩定在 3 NTU 左右，5 NTU 合格率達到100%；制水藥劑單耗由 45.00 g/t 下降到 37.27 g/t，年節約制水藥劑成本 13.5 萬元，生產裝置出水水質穩定性提高。